梅耀杰，劉成，韓冉，徐文競(jìng)，劉建軍，傅曉藝，李洪振，汪曉璐，李豪圣

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所／農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮北部小麥生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／小麥玉米國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；2.煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005；3.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北 石家莊 050049；4.武城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 武城 253300）

小麥?zhǔn)侨澜绶植甲顝V、種植面積和貿(mào)易總量最大的作物，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況關(guān)系著國(guó)家糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定。在小麥遺傳改良中，提高小麥遺傳多樣性的利用對(duì)緩解我國(guó)小麥品種遺傳基礎(chǔ)狹窄和培育適應(yīng)市場(chǎng)的多元化品種具有重要意義。因此，研究不同類型小麥的遺傳構(gòu)成，可為小麥育種的親本選配提供理論支撐，同時(shí)為新種質(zhì)創(chuàng)制和新品種選育提供指導(dǎo)［1］。

單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）標(biāo)記與其他分子標(biāo)記相比，具有多態(tài)性豐富、能較真實(shí)反映小麥品種間的親緣關(guān)系等優(yōu)點(diǎn)［2-4］，是研究小麥品種遺傳多樣性的優(yōu)異手段［5］。近年來，基于小麥SNP的90K、55K和660K等芯片的成功研發(fā)，極大地加速了小麥遺傳多樣性研究以及基因定位與克隆的進(jìn)程［6-8］。曹廷杰等［5］利用小麥高密度90K芯片對(duì)2000—2013年間河南省審品種和部分大面積種植的國(guó)審品種進(jìn)行遺傳多樣性分析，表明參試品種間遺傳相似度較高，而且品種間遺傳多樣性逐漸降低。李聰?shù)龋?］利用小麥55K SNP芯片檢測(cè)到控制穗長(zhǎng)和株高的QTL。Liu等［9］利用90K和600K SNP標(biāo)記對(duì)小麥黑點(diǎn)病進(jìn)行研究，檢測(cè)到18個(gè)新黑點(diǎn)病相關(guān)位點(diǎn)。

濟(jì)麥262是山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所小麥遺傳育種團(tuán)隊(duì)以臨麥2號(hào)為母本、以煙農(nóng)19為父本雜交選育出的抗旱節(jié)水小麥新品種，該品種在山東省旱地區(qū)域試驗(yàn)中，平均單產(chǎn)6 939.30 kg，較對(duì)照魯麥21增產(chǎn)9.74%，是近十年來增產(chǎn)幅度最大的旱地小麥品種。本研究利用660K SNP芯片對(duì)濟(jì)麥262及其親本進(jìn)行全基因組掃描，分析了其遺傳構(gòu)成并對(duì)其親本的遺傳貢獻(xiàn)做出評(píng)價(jià)，旨在為小麥新品種培育和濟(jì)麥262抗旱研究提供重要信息基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

濟(jì)麥262保存于山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所小麥遺傳育種團(tuán)隊(duì)；臨麥2號(hào)由臨沂市農(nóng)業(yè)科學(xué)院李寶強(qiáng)研究員提供；煙農(nóng)19由煙臺(tái)市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院李林志研究員提供。

1.2 SNP芯片檢測(cè)與分析

每個(gè)材料取20株小麥幼苗葉片，參照Liu等［9］的方法提取基因組DNA。用NanoDrop2000測(cè)定DNA濃度，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA提取液的完整性，DNA含量均大于2 ng。利用660K SNP芯片對(duì)材料進(jìn)行全基因組掃描，該芯片由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)計(jì)，利用Affymetrix SNP技術(shù)平臺(tái)（北京博奧生物有限公司）檢測(cè)。

利用得到的SNP基因型數(shù)據(jù)分析濟(jì)麥262及其親本的遺傳構(gòu)成。如果特定SNP位點(diǎn)的濟(jì)麥262基因型與特定親本的基因型相同，則認(rèn)為濟(jì)麥262從該特定親本遺傳了該基因座；存在于濟(jì)麥262中但雙親均不存在的位點(diǎn)被視為新位點(diǎn)；存在于其雙親中而在濟(jì)麥262中不存在的位點(diǎn)被視為缺失位點(diǎn)。隨后，計(jì)算每個(gè)親本對(duì)濟(jì)麥262基因組貢獻(xiàn)的SNP位點(diǎn)數(shù)。一個(gè)親本對(duì)濟(jì)麥262的基因組貢獻(xiàn)定義為從一個(gè)親本遺傳的SNP位點(diǎn)數(shù)量與親本間多態(tài)性SNP位點(diǎn)總數(shù)之比。

1.3 利用SNP數(shù)據(jù)構(gòu)建基因型圖譜

根據(jù)SNP位點(diǎn)側(cè)翼序列與中國(guó)春參考序列v.1.1［10］的序列比對(duì)，將不同染色體上的SNP位點(diǎn)從短臂到長(zhǎng)臂進(jìn)行排序。用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與作圖。通過已知的濟(jì)麥262及親本的A、B和D染色體組上的SNP位點(diǎn)的位置，來繪制濟(jì)麥262的遺傳圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 濟(jì)麥262的遺傳構(gòu)成及其親本的遺傳貢獻(xiàn)

利用小麥660K芯片進(jìn)行基因解析，共檢測(cè)出63 735個(gè)有效SNP位點(diǎn)，其中與兩個(gè)親本都相同的位點(diǎn)共有42 216個(gè)（66.2%），只與親本之一相同的位點(diǎn)共有21 519個(gè)（33.8%）。在A、B和D基因組中，B基因組的SNP數(shù)量最多，占總SNPs的38.2%，其次是A基因組（34.9%），D基因組的SNP數(shù)量最少（26.8%）（圖1）。

根據(jù)得到的SNP位點(diǎn)對(duì)濟(jì)麥262的基因組構(gòu)成進(jìn)行分析，結(jié)果（圖2）顯示，母本臨麥2號(hào)對(duì)濟(jì)麥262基因組的貢獻(xiàn)率為59.0%，父本煙農(nóng)19對(duì)濟(jì)麥262基因組的貢獻(xiàn)率為41.0%，母本對(duì)濟(jì)麥262的遺傳貢獻(xiàn)率大于父本。在染色體水平上，臨麥2號(hào)對(duì)濟(jì)麥262的遺傳貢獻(xiàn)表現(xiàn)為A基因組（67.8%）＞D基因組（57.6%）＞B基因組（52.3%），且在各染色體組中貢獻(xiàn)率最高的分別為6A（95.0%）、1B（94.0%）和7D（69.0%），最低的分別為4A（16.0%）、5B（12.0%）和4D（24.0%）。煙農(nóng)19對(duì)濟(jì)麥262的遺傳貢獻(xiàn)表現(xiàn)為B基因組（47.7%）＞D基因組（42.4%）＞A基因組（32.2%），且在各染色體組中貢獻(xiàn)率最高的分別為4A（84.0%）、5B（88.0%）和4D（76.0%），最低的分別為6A（5.0%）、1B（6.0%）和7D（31.0%）。

圖1 濟(jì)麥262染色體上的SNP位點(diǎn)分布

圖2 臨麥2號(hào)和煙農(nóng)19對(duì)濟(jì)麥262的遺傳貢獻(xiàn)率

2.2 濟(jì)麥262及其親本SNP位點(diǎn)比較

濟(jì)麥262及其親本的遺傳圖譜根據(jù)不同染色體上SNP位點(diǎn)的等位基因和物理位置構(gòu)建。圖譜顯示遺傳于親本的SNP位點(diǎn)差異顯著（圖3）。在染色體1A、3A、5A、6A、7A、1B、2B、3B、4B、1D、2D、3D、5D和7D的大部分SNP位點(diǎn)來源于臨麥2號(hào)，表現(xiàn)為母本臨麥2號(hào)的遺傳貢獻(xiàn)大于父本煙農(nóng)19且都超過50%。染色體2A、4A、5B、6B、7B、4D和6D的大部分SNP位點(diǎn)來源于煙農(nóng)19，表現(xiàn)為父本煙農(nóng)19的遺傳貢獻(xiàn)大于母本臨麥2號(hào)。

圖3 濟(jì)麥262的SNP基因型圖譜

3 討論與結(jié)論

SNP除了能夠構(gòu)建高密度的遺傳基因圖譜外，還能夠?qū)π←湹娜蚪M進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析、對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行分子標(biāo)記用于選擇育種等［11］。Sukumaran等［12］利用90K SNP芯片對(duì)287個(gè)小麥材料進(jìn)行全基因組掃描，檢測(cè)到2個(gè)與千粒重、4個(gè)與籽粒產(chǎn)量、5個(gè)與成熟期有關(guān)的位點(diǎn)。禹文龍［13］利用90K SNP芯片對(duì)121個(gè)小麥品種鹽脅迫下根鮮重、莖鮮重等6個(gè)性狀進(jìn)行研究，檢測(cè)到與6個(gè)性狀相關(guān)的47個(gè)耐鹽QTL。高艷等［14］利用55K SNP芯片對(duì)周麥22及其衍生的80個(gè)品種（系）進(jìn)行全基因組掃描，發(fā)現(xiàn)遺傳相似系數(shù)平均為0.685，品種（系）間差異較大。李俊等［15］利用SSR和DArT標(biāo)記解析了川麥104的遺傳構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)了來自于親本的25個(gè)染色體區(qū)段。陳建省等［16］利用90K SNP芯片檢測(cè)到9個(gè)控制粒重的QTL。宋曉朋［17］利用小麥90K SNP芯片對(duì)黃淮麥區(qū)144個(gè)小麥品種遺傳多樣性分析表明黃淮麥區(qū)小麥品種可以分為5個(gè)類群，品種的分類與其生態(tài)種植區(qū)域和親緣關(guān)系相關(guān)。本研究利用660K SNP芯片對(duì)濟(jì)麥262及其親本進(jìn)行全基因組掃描，對(duì)其遺傳構(gòu)成進(jìn)行解析，說明利用SNP芯片是研究小麥遺傳多樣性和遺傳構(gòu)成的有效方法之一。

作物品種改良可以通過常規(guī)雜交、染色體工程、理化誘變和分子標(biāo)記輔助選擇等方式。在小麥遺傳改良中，利用骨干親本可以培育出一批新品種或應(yīng)用價(jià)值較高的衍生材料［18］。有研究報(bào)道，小麥骨干親本在后代中的遺傳會(huì)出現(xiàn)偏親現(xiàn)象［15，19，20］。本研究結(jié)果表明，濟(jì)麥262的母本臨麥2號(hào)的遺傳貢獻(xiàn)率（59.0%）高于父本煙農(nóng)19（41.0%），染色體間存在顯著差異，在1A、3A、5A、6A、7A、1B、2B、3B、4B、1D、2D、3D、5D和7D中表現(xiàn)為母本臨麥2號(hào)的遺傳貢獻(xiàn)大于父本煙農(nóng)19且都超過50%，而在2A、4A、5B、6B、7B、4D和6D中表現(xiàn)為母本臨麥2號(hào)的遺傳貢獻(xiàn)小于父本煙農(nóng)19，出現(xiàn)明顯的偏親現(xiàn)象。在自然進(jìn)化、人工馴化和人工選擇過程中，因受生態(tài)條件、偶發(fā)自然災(zāi)害、育種方式和定向選擇等眾多因素影響，遺傳貢獻(xiàn)會(huì)出現(xiàn)各種類型的偏親現(xiàn)象。

濟(jì)麥262的母本臨麥2號(hào)在大面積推廣過程中表現(xiàn)豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病等優(yōu)異性狀［21］，父本煙農(nóng)19也是一個(gè)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、廣適性小麥新品種。育種家根據(jù)選育條件和育種目標(biāo)，擇優(yōu)汰劣，水地條件下側(cè)重對(duì)其豐產(chǎn)性狀的選擇，旱地條件下側(cè)重其抗逆性狀的選擇，使具有目標(biāo)性狀的材料在選擇中被保留下來，最終育成抗旱節(jié)水、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、水旱兩用型小麥新品種濟(jì)麥262。鄒少奎等［19］對(duì)周麥23的研究表明，母本周麥13的遺傳貢獻(xiàn)（63.0%）遠(yuǎn)高于父本新麥9號(hào)（37.0%）；之后其又利用SSR標(biāo)記對(duì)周麥22的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行解析，結(jié)果表明溫麥6號(hào)對(duì)周麥22的遺傳貢獻(xiàn)最大（37.4%），其次是周麥13（36.1%），周麥12的貢獻(xiàn)最?。?6.5%）［22］?？鬃用鞯龋?3］對(duì)周麥16的遺傳構(gòu)成分析顯示，父本周8425B對(duì)周麥16的遺傳貢獻(xiàn)率（64.3%）遠(yuǎn)高于母本周麥9號(hào)（35.68%）。楊子博等［24］對(duì)高產(chǎn)節(jié)水抗旱淮麥33的遺傳構(gòu)成分析顯示，其相較于父本鄭麥991（26.1%）更多地繼承了母本煙農(nóng)19（73.9%）的遺傳物質(zhì)。與上述研究報(bào)道相似，本研究顯示濟(jì)麥262的高產(chǎn)抗旱特性也可能更多的遺傳于其母本。

致謝：感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所肖永貴研究員在芯片檢測(cè)與分析方面給予的大力幫助！感謝中玉金標(biāo)記（北京）生物技術(shù)股份有限公司路亞明老師在濟(jì)麥262的SNP基因型圖譜構(gòu)建方面給予的大力幫助！